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Industrial Automation Économies d'énergie Notre guide pour économiser de l'énergie dans les systèmes d'air comprimé

Breakthrough engineering for a better world

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Économies d'énergie

Contenu

Économies d'énergie dans les systèmes d'air comprimé Introduction Fuites Où trouver les fuites Mesurer une fuite Combien ça coûte ?

Le capteur de débit en ligne M/80 pour déterminer les valeurs des fuites Impact environnemental

Mauvaise utilisation Où trouver les mauvaises utilisations

Surpressurisation Identifier la surpressurisation

Chute de pression Recommandations Tuyauterie Filtration

Énergie et sécurité Fuites Filtration Dispositifs de protection contre les modifications Vannes de mise en pression à démarrage progressif Usage correct des soufflettes Bs 6005 - 1997 Sécurité des cuves en polycarbonate Isolation de l'approvisionnement d'air Fusible à air

Dimensionner un actionneur Étapes pour un dimensionnement correct

Avantages des produits à économies d'énergie Régulateurs de pression Contrôle proportionnel Vérin à distributeur intégré (IVAC)

Génération Taille et configuration du compresseur Installation Récupération de chaleur Entretien Contrôle Traitement Pression de fonctionnement

Plan d'action Mesurer la demande de débit du système

Autres sources d'informations Publications ETSU Autres publications

Graphiques en annexe

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Économies d'énergie

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Breakthrough engineering for a better world Nous concevons des solutions innovantes pour nos clients, transformant les usines, les lignes de production et les entrepôts en environnements plus intelligents, sûrs, productifs et durables. Grâce à nos systèmes de mouvement pneumatiques et électriques, nous accompagnons les constructeurs de machines et les professionnels de l’industrie du monde entier dans l’automatisation et l’optimisation des processus de fabrication et de stockage.

Depuis plus d’un siècle, nous travaillons en partenariat avec nos clients dans le domaine de l’automatisation industrielle, mettant à profit notre expérience et notre sens de l’innovation pour créer une valeur durable pour leurs entreprises. Nos solutions s’adressent à des secteurs critiques tels que l’automobile, l’alimentation et les boissons, les produits pharmaceutiques et même l’industrie spatiale. Nous contribuons à l’automatisation de la fabrication de précision, de l’assemblage des produits, des essais et de l’emballage.

Nous utilisons les dernières technologies numériques dans nos produits d’automatisation et innovons constamment en partenariat étroit avec nos clients. En appliquant notre expertise approfondie, nous pouvons résoudre leurs défis les plus difficiles en matière d’automatisation, aujourd’hui et demain.

Grâce à une productivité, une efficacité et une sécurité accrues, nos clients peuvent mieux servir leurs propres clients, créant ainsi un avantage concurrentiel durable et générant de la croissance.

Notre portefeuille de produits de classe mondiale comprend les marques IMI Norgren, IMI Bimba, IMI Bahr et IMI Buschjost.

Une ingénierie innovante sur laquelle vous pouvez compter.

Économies d'énergie dans les systèmes d'air comprimé On pense souvent à tort que l'air comprimé est une source abordable, voire « gratuite », d'énergie. C'est faux.

Une installation typique de 500 litres/seconde (1 000 cfm) consomme 40 000,00 £ d'électricité par an.

Pendant sa durée de vie, l'énergie représente 75 % du coût d'achat et d'exploitation total d'un compresseur.

De nombreuses études indépendantes ont confirmé que l'industrie gâche environ 30 % de l'air comprimé qu'elle génère, soit 12 000,00 £ pour notre installation typique de 500 litres/seconde. Le but de ce guide est d'aider l'utilisateur final à réduire le gaspillage en améliorant les systèmes installés existants. Il mettra en évidence les domaines clés pour les économies et proposera des conseils pratiques pour mettre en place un plan d'action.

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Économies d'énergie

Introduction Depuis près de 100 ans, le traitement de l'air est au cœur de nos activités. Ce guide présente des opportunités clés pour économiser de l'énergie, en fournissant des conseils pratiques pour améliorer l'efficacité de votre usine.

À travers ce guide, vous trouverez des exemples détaillés pour savoir comment calculer les économies potentielles indiquées.

• Fuites

• Surpressurisation

Les fuites sont la source principale de perte d'énergie dans les systèmes d'air comprimé. Une usine classique peut perdre 20 % de son air comprimé à cause du mauvais raccord de jonctions de tuyaux, raccords, accouplements, etc. Réparer les fuites et mettre en place un entretien programmé peut engendrer des économies conséquentes.

• Mauvaise utilisation La deuxième source principale de gaspillage de l'air comprimé est l'utilisation d'une source d'alimentation juste parce qu'elle est disponible. Il peut exister de meilleures alternatives pour déplacer, sécher ou nettoyer des produits. Lorsque de l'air comprimé est utilisé, choisir le bon équipement comme les buses et utiliser des circuits de contrôle peut réduire le gaspillage.

Ces exemples se basent sur une usine modèle, « Example Engineering », qui rencontre de nombreux problèmes classiques avec les systèmes d'air comprimé : • Où chercher pour faire des économies • Quoi noter ou mesurer • Combien ça coûte ?

• Quelles sont les solutions ?

• Comment assurer les bonnes pratiques ?

Pour faire d'importantes économies en matière d'énergie et de durée de vie de l'équipement, utiliser les appareils avec la pression minimale requise pour l'application est recommandé, plutôt qu'avec une pression de canalisation totale. Utiliser simplement des régulateurs de pression est très rapidement rentable.

• Chute de pression La chute de pression, imputable à des éléments filtrants bloqués et des tuyaux sous-dimensionnés, peut être synonyme de privation de pression à l'extrémité des conduites d'air comprimé. Le guide présente des exemples pour savoir comment choisir et entretenir ses équipements afin de réduire les chutes de pression dans les systèmes.

• Énergie et sécurité Les composants installés pour des raisons de sécurité, tels que les régulateurs préréglés et les vannes d'isolement, peuvent également aider à faire des économies d'énergie. Cette section examine les pièces concernées par la norme BS EN 983 et d'autres normes en lien avec les problèmes énergétiques.

• Génération Faire le bon choix en matière d'équipements de contrôle pour différents réglages de compresseur et faire attention au refroidissement des entrées et au post-traitement de l'air comprimé peut engendrer de bonnes économies d'énergie. Un entretien régulier et adapté des compresseurs, filtres et sécheurs est également essentiel.

• Plan d'action et autres informations Une simple liste de contrôle pour les mesures à prendre et des sources d'informations complémentaires.

Économies d'énergie

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Example Engineering Example Engineering dispose d'un compresseur installé dans son usine avec une capacité de 750 litres/seconde (1 500 cfm) et une demande moyenne de 500 l/s (1 000 cfm).

Elle fonctionne 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 pendant 50 semaines par an. L'électricité coûte 0,10 £/kWh*. À 75 % d'utilisation du compresseur, le coût total est de 78 400 £ par an.

Chez Example Engineering, une fuite typique représente 20 % et est égale à 100 l/s, soit un coût de :

La base pour la plupart des calculs est la « formule de gaspillage ».

L'atelier fonctionne pendant 2 500 heures par an, mais la canalisation bouclée est constamment sous pression quand l'usine est ouverte. Les économies totales identifiées représentent 30 % de l'air actuellement utilisé par l'atelier.

Ces coûts sont calculés comme suit : 0,4 x heures x débit en l/s x coût de l'énergie/kWh.

0,4 x 8 400 x 100 x 0,10 £ = 33 596 £ Les exemples de calcul dans ce guide sont basés sur une section de l'usine : l'atelier.

*Remplacez cette valeur par votre tarif d'énergie local et votre devise pour obtenir un montant réaliste pertinent pour votre marché.

Atelier Figure 1

Canalisation bouclée de 7 bar

Filtre de 1 pouce pour l'élimination d'huile

Filtre/rég 1/4 po réglé à 4 bar

Filtre de 2 pouces

Banc d'essai Jauge et instrumentation 10 litres/seconde, purge constante 1 mm à 4 bar

• 2 tours + 2 soufflettes • 2 fraiseuses + 2 soufflettes • Meuleuse de 15 l/s à 4 bar • Dispositif de coupe laser de 10 l/s à 4 bar

-4 solutions de nettoyage de buse de 2 mm

Filtre de 1 pouce

Filtre de 1 pouce

4 machines, chacune avec 4 vannes de séquence

Foreuses 10 forages de 4 litres/ seconde à 4 bar 10 soufflettes

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Économies d'énergie/fuites

Fuites Les fuites peuvent être une source importante de gaspillage d'énergie dans un système d'air comprimé. Si les fuites d'air comprimé étaient aussi visibles que les fuites de fluide hydraulique, elles seraient vite réparées. Dans les faits, on s'accommode d'un léger bruit de sifflement dans nos espaces de travail puisque « ça fait partie du travail », alors que cela coûte quasiment autant que le gaz domestique, cette attitude coûte donc très cher à l'industrie.

En plus d'être la source d'un gaspillage d'énergie, les fuites peuvent aussi contribuer à d'autres pertes de fonctionnement. Elles causent des chutes de pression dans les systèmes, la pression devient donc trop faible pour l'application, ce qui entraîne une augmentation des produits rejetés. Souvent, la capacité de génération est augmentée pour compenser les fuites, plutôt que de simplement les réparer.

Où trouver les fuites Les fuites se trouvent partout !

Example Engineering rencontre de nombreux problèmes classiques avec les systèmes d'air comprimé :

• Tuyauterie Une tuyauterie vieillissante est une source importante de fuites. Remplacez les sections de tuyauterie corrodées, autant pour la sécurité que pour les économies d'énergie.

• Raccords, brides et collecteurs Les grosses fuites se trouvent souvent aux points de raccordement, autant dans le système de distribution principal que dans les dérivations. Parfois, lorsque plusieurs connecteurs enclipsables sont utilisés ensemble pour former des collecteurs, ils peuvent être une source de fuite en raison des connecteurs usés et des tuyaux mal articulés.

• Flexibles et accouplements Les fuites peuvent être causées par des dommages sur le tuyau en raison du frottement avec les objets environnants, la détérioration de la matière du tuyau et la tension sur l'articulation, car le tuyau est trop long ou trop court.

• Anciens composants Vérifiez tous les composants pneumatiques, par exemple les anciens vérins et régulateurs, à la recherche de joints étanches à l'air internes usés qui peuvent être la cause de grosses fuites.

• Robinets de purge du condensat De grandes quantités d'air peuvent être perdues lorsque les robinets de purge sont bloqués en position ouverte ou laissés ouverts intentionnellement. Ils se trouvent souvent dans des parties éloignées du système où le condensat s'accumule.

• Systèmes sous pression alors qu'ils ne sont pas utilisés Lorsque des sous-systèmes ont beaucoup de fuites inévitables, par exemple les presses et les marteaux-pilons, isolez-les de l'alimentation en air lorsqu'ils ne sont pas utilisés.

De simples vannes d'isolement (Figure 2) ou vannes de mise en pression électriques à démarrage progressif (Figure 3) sont des solutions abordables pour isoler les systèmes qui fuient ou les zones d'une usine lorsqu'elles ne sont pas utilisées.

Mesurer une fuite Vous pouvez facilement mesurer une fuite de base avec plusieurs méthodes : • Installez un débitmètre et un transducteur de pression dans la conduite principale d'alimentation en air comprimé (après chaque récipient). Connectez la sortie du débitmètre et du transducteur de pression à un enregistreur graphique et effectuez des relevés au cours d'une période représentative.

Mesurez le débit depuis le compresseur lorsque le système est éteint, par exemple pendant un week-end.

• Utilisez un compresseur de capacité connue pour pomper le système jusqu'à la pression de fonctionnement normale en dehors des heures de production. Le compresseur se déchargera à la pression de fonctionnement. Alors que la pression du système chute en raison de la fuite, le compresseur se chargera à sa pression de fonctionnement minimale. Vous pouvez alors estimer le taux de fuite à partir des heures de chargement et déchargement sur une période donnée.

• Pompez le système jusqu'à sa mise sous pression et mesurez le temps nécessaire pour que la pression diminue jusqu'à la limite inférieure. Si vous connaissez le volume total du réseau de tuyauterie et des récipients, vous pouvez calculer le taux de fuite. Utilisez un petit débitmètre dans les conduites secondaires pour identifier les zones à problème.

Mais est-ce que ça vaut le coup ?

Combien coûtent vraiment les fuites ?

Figure 2

Figure 3

Vanne d'isolement manuelle

Une vanne de mise en pression à démarrage progressif isolera également l'équipement pour empêcher les fuites

Économies d'énergie/fuites

Combien ça coûte ?

Fuites

Une seule fuite dans un trou d'un diamètre de 2 mm peut coûter 600 £ par an dans notre atelier d'exemple. Utilisez le Tableau de débit par orifice (Figure 26 dans les graphiques en annexe) pour calculer une fuite selon les tailles des trous et les pressions.

Après avoir réalisé une enquête dans l'atelier, plusieurs fuites ont été trouvées : 1 fuite de 2 mm à 4 bar et 11 fuites de 1 mm à 7 bar À l'aide du tableau de débit par orifice, cela correspond à 4,8 l/s et 11 x 1,2 l/s Total des fuites = 18 l/s

Réduire les fuites Définissez des objectifs pour la réduction des fuites. Annoncez combien coûte une fuite à l'organisation et combien vous prévoyez d'économiser. Mettez en place un programme d'entretien continu, demandez à ce que des étiquettes « fuite » soient disponibles et encouragez leur utilisation.

Réalisez une enquête sur le système d'air comprimé. Effectuez des inspections pendant les heures calmes. Écoutez la tuyauterie ou les outils à la recherche de fuites et examinez les flexibles et raccordements. Vaporisez du Spotleak sur les raccords de tuyaux et regardez s'il y a des bulles. Une fuite moyenne peut être réparée par une personne en une demiheure environ et cette réparation est très rapidement rentable.

Réparer les fuites entraînera évidemment de grosses économies, mais comment s'assurer que la réparation tiendra ?

Mettre en place un programme de sensibilisation à l'échelle du site permettra des économies sur le long terme à grande échelle.

En divisant le site en zones, en installant des compteurs de consommation d'air et en facturant chaque zone pour sa consommation d'air, les utilisateurs feront vite attention. Des objectifs peuvent facilement être fixés pour réduire la perte d'énergie imputable aux fuites.

Économies potentielles 0,4 x 8 400 * x 18 x 0,10 £**= 6 048,00 £ * en partant du principe que le système reste sous pression pendant 24 heures par jour, 50 semaines par an.

Coût de la solution On estime à une demi-heure la réparation de chaque fuite à 20,00 £ par heure = 120,00 £ Économies 6 048,00 £

Frais 120,00 £

Économies nettes 5 928,00 £

** Remplacez ces valeurs par votre tarif d'énergie local/coût de main-d'œuvre et votre devise pour obtenir un montant réaliste pertinent pour votre marché.

Figure 4

Figure 5

Taux de fuite pour des trous de différents diamètres

Une fuite peut se trouver dans n'importe quel raccord et elle est facilement identifiable avec du Spotleak

16 14 12 10 Litres/seconde à 6,3 bar

8 6 4 2 1

Diamètre du trou

0,5 1

2

3

4 mm

7

8

Économies d’énergie/fuites

Le capteur de débit en ligne M/80 pour déterminer les valeurs des fuites La température, le volume, la pression et le débit de l'air comprimé peuvent être surveillés en permanence par des capteurs de débit tels que le capteur de débit en ligne M/80 d'IMI Norgren, qui est équipé de différentes capacités de détection. Les capteurs de débit d'air en ligne surveillent constamment le système d'air comprimé à la recherche de chutes de pression et d'autres signes de fuites d'air. Les modèles numériques, contrairement aux modèles analogiques, peuvent fournir, à vous ou à votre équipe d'entretien, des données précises en temps réel. Cela permet de localiser les fuites et les réparer rapidement.

Capteur de débit en ligne La technologie de détection du débit thermique du capteur de débit en ligne repose sur l'effet de refroidissement des fluides en mouvement. Une sonde en céramique, qui est la résistance de mesure, est chauffée pendant que l'autre, qui est la résistance de référence, ne l'est pas. Lorsque le débit dissipe la chaleur, la différence de tension entre les deux résistances détermine la vitesse du débit.

Figure 6 Capteur de débit en ligne M/80

Puisqu'il y a moins de raccords de tuyaux dans vos directeurs d'air principaux, la majorité des fuites à gros volume ne se trouvent probablement pas du côté alimentation. Néanmoins, se place sur ces conduites aidera à établir une base de référence pour l'usage général. Il est probable que les fuites se trouvent à des emplacements d'utilisation finale (surveillance de machine individuelle) ou dans la conduite secondaire qui connecte plusieurs machines (surveillance de zone).

Il est très facile d'installer le capteur de débit dans une zone, une conduite de production ou une machine et déterminer immédiatement les valeurs de consommation et de fuite. Sans instrument séparé, la mesure de pression intégrée garantit le fonctionnement optimal des actionneurs.

Après l'installation Lorsqu'une machine ou une zone dispose d'un capteur de débit en ligne, celui-ci : • Surveille la consommation d'air comprimé pendant que l'équipement n'est pas utilisé.

• Fournit des données de tendance pour que vous puissiez comparer la consommation de machines similaires ou suivre les performances de la machine au fil du temps.

• Aide à localiser les fuites pour que le personnel d'entretien puisse se concentrer sur la réparation plutôt que leur recherche.

Figure 7

Figure 8

Capteur de débit installé

Zoom sur le capteur de débit

Économies d’énergie/fuites

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Impact environnemental Les équipements obsolètes et les tuyaux qui fuient entraînent une augmentation inutile de la consommation d'énergie. De plus, les fuites d'air forcent le système à faire plus d'efforts et à tourner plus longtemps pour répondre à la demande. Ces facteurs sont la cause d'émissions de carbone accrues. Les grandes quantités de condensat chargé en huile sont un autre problème avec les systèmes d'air comprimé à base d'huile. Une gestion efficace du gaspillage peut avoir un impact très bénéfique sur la vie aquatique, la propreté des cours d'eau et la santé humaine.

Réduire l'impact environnemental des fuites d'air comprimé Audit : une évaluation trimestrielle ou semestrielle du système d'air comprimé peut révéler des fuites qui augmentent la consommation d'énergie et sont nocives pour l'environnement.

Entretien régulier : une surveillance de routine, le remplacement des filtres et l'entretien garantissent une qualité optimale de l'air, une diminution des chutes de pression et moins de fuites. Les capteurs de débit en ligne M/80 d'IMI Norgren, en particulier, fournissent des données exploitables en temps réel pour vous aider à détecter et réparer rapidement les fuites.

Mises à niveau des équipements : les moteurs électriques, rotors de compresseurs et autres composants vieillissants deviennent des dangers environnementaux. Remplacer ou réparer les compresseurs par des équipements respectueux de l'environnement réduit non seulement les émissions, mais améliore aussi l'efficacité énergétique

Objectifs de développement durable 2030 de l'ONU À l'échelle mondiale, le programme de développement durable à l'horizon 2030 de l'ONU stipule différents objectifs pour améliorer la durabilité, ainsi que des éléments de programme plus généraux traitant des droits humains et d'autres problèmes mondiaux.

Figure 9 Infographique de l'ONU sur le développement durable

Les installations industrielles qui synchronisent leurs opérations avec le programme à l'horizon 2030 de l'ONU peuvent jouer un rôle essentiel à la réalisation d'un futur durable et écologique tout en économisant de l'argent.

Objectif 7 Garantir l’accès de tous à des services énergétiques fiables, durables et modernes, à un coût abordable Les industries doivent se concentrer sur l'efficacité énergétique, en encourageant un passage aux énergies renouvelables et en améliorant la technologie pour une énergie plus verte. S'occuper des fuites d'air soutient l'objectif de l'ONU concernant la diminution de l'utilisation d'énergies non renouvelables.

Objectif 9 Bâtir une infrastructure résiliente, promouvoir une industrialisation durable qui profite à tous et encourager l’innovation L'importance du développement d'infrastructures durables et résistantes est soulignée par l'objectif 9. Cela peut être appliqué aux industries de rétro-ingénierie, en particulier aux systèmes de compresseur, pour les rendre plus respectueux de l'environnement, plus efficaces et en réduire les fuites.

Objectif 12 Établir des modes de consommation et de production durables En se concentrant sur les fuites des compresseurs d'air, les entreprises peuvent réduire le gaspillage et encourager une production respectueuse de l'environnement. De plus, l'objectif 12 encourage les entreprises à mettre en place des pratiques durables et à partager leurs initiatives pour le développement durable. Il est question de responsabilisation et d'ouverture dans les processus industriels.

Objectif 13 Prendre d’urgence des mesures pour lutter contre les changements climatiques et leurs répercussions Les fuites des compresseurs d'air industriels peuvent entraîner une augmentation des émissions de gaz à effet de serre de par la consommation d'électricité ; réparer ces fuites peut donc réduire l'impact environnemental.

Pas de pauvreté

Faim « zéro »

Bonne santé et bien-être

Éducation de qualité

Égalité entre les sexes

Eau propre et assainissement

Énergie propre et d'un coût abordable

Travail décent et croissance économique

Industrie, innovation et infrastructure

Inégalités réduites

Villes et communautés durables

Consommation et production responsables

Action pour le climat

Vie aquatique

Paix, justice et institutions efficaces

Vie terrestre

Partenariats pour la réalisation des objectifs

10 Économies d'énergie/mauvaise utilisation

Mauvaise utilisation La deuxième source principale de gaspillage de l'air comprimé est l'utilisation d'une source d'alimentation juste parce qu'elle est disponible.

Parmi les exemples, nous pouvons citer la création inefficace de vide, l'expulsion de produits défectueux et l'élimination d'eau/ poussière/poudre sur les produits. Il peut exister de meilleures alternatives pour ces applications. Si l'air comprimé est choisi, un équipement et un contrôle adaptés doivent être utilisés pour conserver l'usage au minimum.

Où trouver les mauvaises utilisations Dans une usine existante, les nouvelles mauvaises utilisations peuvent généralement être observées suite à l'augmentation de la demande en ait et/ou des heures d'utilisation du compresseur. Pour identifier les mauvaises utilisations existantes, toutes les zones de l'usine doivent être observées en se posant la question : cette utilisation de l'air est-elle efficace ?

• Estimer le coût de la mauvaise utilisation Lorsqu'un processus a de l'air qui passe dans l'atmosphère, comme pour l'éjection d'un produit défectueux ou trop léger dans un processus de mise en conserve, un débitmètre peut être installé dans la conduite pour mesurer la consommation d'air. Ensuite, en utilisant la formule de gaspillage, le coût de ce processus peut être évalué.

• Pratiques recommandées Un autre moyen pour calculer les coûts est d'utiliser le diamètre de l'orifice de sortie ou de la buse et la pression appliquée pour calculer le débit (voir le tableau de débit par orifice, Figure 26, dans les graphiques en annexe). Lorsque des buses sont utilisées, par exemple pour souffler la farine restante sur des miches de pain (Figure 10), assurez-vous que la distance entre la buse de sortie et le produit est aussi courte que possible, puisque cela permettra à la pression d'alimentation d'être réduite. La buse doit être dirigée uniquement vers la zone nécessaire, ce qui donne une forme de cône (une zone circulaire) ou d'éventail (longue bande étroite), etc. Lorsqu'une zone très longue et étroite doit être couverte, utilisez des buses en parallèle pour produire un rideau qui réduit la distance avec le point le plus éloigné. Assurez-vous que la conduite d'alimentation principale des buses est d'un diamètre suffisant pour ne pas restreindre le débit de sortie. Les buses économes en air entraînent et accélèrent l'air dans leur mécanisme pour produire les résultats souhaités avec des pressions d'alimentation réduites, ce qui permet des économies pouvant aller jusqu'à une division par vingt de la consommation d'air comprimé (Figure 11).

Pour optimiser l'efficacité, installez des vannes de contrôle et des capteurs dans le système. Ceux-ci permettent de s'assurer que le débit a lieu uniquement lorsque le produit atteint le point d'application, empêchant un débit inutile pendant les arrêts du convoyeur ou les pauses du personnel.

Pour toutes ces solutions, leur coût peut être évalué et comparé à la consommation d'air/gaspillage et dans quasiment tous les cas, des économies sont réalisables. Une fois les mauvaises utilisations déterminées dans une usine, assurez-vous que lorsque de nouveaux processus sont installés, une attention particulière est apportée à la source d'alimentation et des contrôles sont mis en place.

Mauvaise utilisation Le matériau est nettoyé avant d'être découpé par le laser à l'aide de 4 x 2 mm à la pression de canalisation.

Préréglages de buse de 4 x 2 mm 4 x 4,8 l/s à 7 bar 4 x 1,81 l/s à 2 bar Avec le tableau de débit par orifice, Figure 26.

Une réduction de la pression à 2 bar permettra donc une économie du débit de 11,96 l/s.

Économies potentielles 0,4 x 8 400 * x 11,96 x 0,10 £**= 4 017,00 £ * En présumant qu'aucun système et vanne d'isolement n'est continuellement sous pression.

Coût de la solution Installation d'un régulateur de pression = Estimation d'une demi-heure à 20,00 £ par heure =

10,00 £ 28,00 £

Total = Économies 4 017,00 £

18,00 £

Frais 28,00 £

Économies nettes 3 989,00 £

** Remplacez ces valeurs par votre tarif d'énergie local/ coût de main-d'œuvre et votre devise pour obtenir un montant réaliste pertinent pour votre marché.

Figure 10

Figure 11

La buse doit être proche du pain et avoir une conception économe en air.

Un circuit de contrôle est nécessaire pour arrêter l'air lorsqu'il n'y a pas de pain sous les buses. Envisagez une filtration locale et un sécheur à membrane pour un air sec de grande qualité.

Soufflette avec une buse économe en air

Économies d'énergie/surpressurisation

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Surpressurisation De nombreux systèmes fonctionnent à une pression de canalisation totale avec comme seul contrôle le pressostat sur le compresseur.

Chaque composant pneumatique a une pression et un débit de fonctionnement optimaux. Une utilisation en dehors de ces conditions réduira la durée de vie de l'équipement en raison de la charge accrue et de l'usure accélérée, ce qui augmentera les coûts d'exploitation. Un appareil qui fonctionne à 7 bar consommera deux fois plus d'air qu'à 3 bar.

Identifier la surpressurisation L'absence de régulateurs de pression dans un système indique que l'équipement est utilisé à des pressions excessives. Des économies peuvent être réalisées dans de nombreux domaines, y compris les outils pneumatiques, les vannes de contrôle, les vérins de serrage et sur la course retour des gros vérins double effet.

Lorsque des régulateurs de pression sont présents, mais que la pression de sortie est la même qu'à l'entrée, cela signifie souvent qu'il y a une mauvaise lubrification avec un excès de pression appliquée pour compenser le frottement qui ralentit le processus. Cela coûte cher, autant en usure qu'en énergie.

Calculer les coûts • Tous les outils pneumatiques sont conçus pour leur débit et leur pression optimale. Le gaspillage d'air peut être calculé en utilisant le rapport de pression (absolu), puis en le multipliant par le débit d'air nominal, soit une consommation à 3 bar de 8 l/s et à 7 bar de (7 + 1) x 8 = 16 l/s (3 + 1) Ce chiffre peut être substitué dans la formule de gaspillage annuelle pour calculer les économies.

• Les vérins double effet ne fonctionnent généralement que sur la course de sortie (course de travail). Lorsqu'aucune opération n'est en cours ou que des délais de réinitialisation plus longs sont possibles, la course de retour peut s'effectuer à une pression moindre. Lorsque des systèmes de vérins à gros alésage, course longue ou vérins multiples existent, des économies d'air considérables peuvent être réalisées. Utiliser un régulateur pour réduire la pression de la course de retour peut être une solution vite rentable.

La consommation avec une course de retour à pression réduite pour un vérin double effet peut être mesurée avec la formule suivante : Économies d'air = 0,7854 x d2 x L (P1 - P2) x 10-6

T x 60 d = diamètre du vérin (mm) L = longueur de la course (mm) T = délai pour 1 course (s) P1 = pression appliquée (bar) - course de sortie P2 = pression appliquée (bar) - course de retour • Les vannes ont une conductance nominale C en litres/seconde par bar absolu. Les économies de débit sont calculées en réduisant simplement la pression appliquée. Il est important de noter la durée de fonctionnement de la vanne (c'est-à-dire la durée pendant laquelle il y a un débit) pour s'assurer que des économies de débit correctes ont été atteintes. Généralement, ce chiffre est faible, mais pour les installations à plusieurs vannes et/ou les vannes au cycle rapide avec de longs tuyaux, les économies totales peuvent être importantes.

Une fois les exemples de surpression identifiés dans une usine, assurez-vous que pour chaque nouvelle usine, les processus et équipements sont examinés pour fonctionner à des conditions optimales et que les meilleurs équipements de contrôle de pression sont utilisés avant l'installation. Cela devrait se voir sur la durée de vie plus longue des outils et dans les frais d'énergie réduits.

Surpressurisation 10 outils pneumatiques à 4 bar.

Ces perceuses reçoivent toutes une pression de canalisation de 7 bar et chacune est utilisée en moyenne 1 000 heures par an.

La consommation d'air de chaque perceuse à 4 bar est de 15 l/s, à 7 bar, chaque outil consommera donc* : 8 x 15 = 24 l/s 5 Donc en utilisant une pression plus faible, il y a une économie potentielle de 9 l/s par outil.

Au cours des 2 500 heures totales d'utilisation annuelle, les économies de débit moyennes sont de : 1 000 x 9 = 3,6 l/s 2 500

Économies potentielles 0,4 x 2 500 x 3,6 x 0,10 £** = 3 377,00 £ Pour 10 outils, cela représente = 33 770,00 £

Coût de la solution Installation d'un régulateur de 250,00 £ pression par outil = 25,00 £ x 10 = une demi-heure pour l'installation à 100,00 £ 20,00 £ de l'heure** = 10,00 £ x 10 = 350,00 £

Total =

* les calculs doivent être réalisés avec des pressions absolues – soit 1 bar de plus que le relevé

Économies 3 377,00 £

Frais 350,00 £

Économies nettes 3 027,00 £

** Remplacez ces valeurs par votre tarif d'énergie local/coût de main-d'œuvre et votre devise pour obtenir un montant réaliste pertinent pour votre marché.

Figure 12 Réglez la pression sur l'outil pneumatique au réglage nominal, pas à la pression du réseau

5 bar 10 à 9 bar

12

Économies d'énergie/chute de pression

Chute de pression Une chute de pression peut être définie comme une perte de puissance disponible pour travailler dans un système. En pratique, elle est observée par le biais d'une pression faible dans des parties du système. Elle est souvent compensée en augmentant la pression de génération ou le réglage des régulateurs. L'énergie potentielle générée en compressant l'air est dissipée par le frottement et les pertes de chaleur alors que l'air est poussé à travers tous les composants du système.

Il est donc nécessaire de concevoir et entretenir les systèmes pour réduire la quantité de chutes de pression. Chaque bar d'une chute de pression évitable entraîne une augmentation de 7 % des coûts de production. Cela représente environ 3 500,00 £ par an pour notre usine d'exemple. Les deux zones principales où les chutes de pression se produisent sont la tuyauterie et la filtration.

Recommandations

Tuyauterie

• Ne surchargez pas la tuyauterie. Gardez la vitesse en dessous de 6 m/s dans le réseau.

• Simplifiez la tuyauterie. Évitez les coudes, puisqu'un coude à 90 degrés équivaut à 1,6 m de tuyau droit.

• Installez des vannes à « faible résistance » ; un robinet à boisseau sphérique à débit complet équivaut à 0,4 m de tuyau, soit moins que la moitié de la résistance d'un robinet à vanne. La Figure 28 des tableaux en annexe montre quelques exemples.

Une chute de pression se produit dans la tuyauterie principalement suite au frottement des molécules d'air sur la surface du tuyau. Dans un tuyau trop petit pour le volume de débit, la vitesse de l'air sera très élevée et il y aura une grosse perte de puissance.

L'énergie est également perdue lorsqu'il y a des changements de direction du débit, par exemple dans les coudes, les raccords et les vannes d'isolement. Des systèmes de tuyauterie simples réduiront les chutes de pression (Figure 13).

Comment calculer une chute de pression dans la tuyauterie • Méthode 1 • Mesurez la pression d'alimentation.

• Mesurez la pression au point le plus éloigné de l'alimentation.

• La différence représente la chute de pression du système.

• Méthode 2 • Estimez l'utilisation du débit, c'est-à-dire calculez le volume engendré des vérins en fonctionnement.

• Notez la pression d'alimentation et le diamètre du tuyau.

• Utilisez les normagraphes publiés pour arriver à la chute de pression.

• Méthode 3 • Utilisez un débitmètre en ligne pour mesurer le débit.

• Notez la pression d'alimentation et le diamètre du tuyau.

• Utilisez la Figure 29 des tableaux en annexe pour voir si le débit se trouve dans la plage recommandée.

Figure 13 Exemple d'une mauvaise tuyauterie sur un banc d'essai de production

Économies d'énergie/chute de pression

Figure 14

Figure 15

Figure 16

Choisir la bonne taille de filtre est important

L'effet de la classe du filtre sur la chute de pression

Économies par le biais de changements des éléments ordinaires

Coût

150 100 50 1/2”

3

6

9

12

Chute de pression initiale (bar)

1/4”

200

Coûts annuels pour l'énergie

Pression de canalisation = 6,3 bar Débit = 30 l/s

Taille de filtre économique 0.3

0.2

0.1 40 µm

Mois

5 µm Coalesceur Classe du filtre

13

Pas de remplacement

500 400 300

Augmentation Chute de pression

200 100 6 Économies

12

18 Mois

24

Filtration

Chute de pression

La filtration est un aspect essentiel d'un système d'air comprimé. Si elles ne sont pas protégées contre l'eau, les particules et les huiles de compresseur dégradées, les machines tombent rapidement en panne. Pour conserver la chute de pression au minimum :

Un filtre de 2 po dans lequel s'écoule 400 l/s à 7 bar neuf, la chute de pression = 0,15 bar en 2 ans, elle peut augmenter à 0,4 bar Ces 0,25 bar supplémentaires créent une augmentation de la demande de puissance de 1,8 kWh

Chercher une unité de filtration à la bonne taille Comme pour la tuyauterie, si l'unité de filtration est trop petite pour le débit nécessaire, alors il y aura une chute de pression plus importante. Neuf, un filtre à usage général ne doit pas dépasser une chute de pression de 0,1 bar. Installer un filtre plus petit, c'est faire une fausse économie, puisqu'il engendrera une chute de pression initiale plus importante et se bouchera plus rapidement, car la surface de l'élément est plus petite (Figure 14).

Chercher le bon niveau de filtration Un filtre très fin sera plus résistant au débit qu'un filtre plus grossier. La plupart des outils pneumatiques, par exemple, ne nécessitent qu'une filtration autour de 40 microns. Il est donc logique de ne pas utiliser un filtre de 5 microns ou même 0,01 micron dans cette application (Figure 15).

Lorsque des applications nécessitant une filtration plus importante existent, placez les filtres de classe supérieure aussi près de l'application que possible. Cela veille à ce que la taille du filtre déterminée par le débit soit aussi petite que possible. Ne filtrez pas l'intégralité du traitement de l'air ou de la conduite secondaire à cette norme, puisque cela augmentera le débit requis, ce qui augmentera la taille du filtre, son prix d'achat, le prix des éléments de remplacement et cela engendrera une perte de pression supplémentaire pour l'ensemble du système en aval.

Chercher les éléments filtrants sales et vérifier les indicateurs de chute de pression Après un certain délai de fonctionnement, des particules seront coincées dans le filtre, ce qui bloquera les éléments. Il y aura donc une perte de pression au niveau de l'application. Généralement, à cette étape, la pression est augmentée pour compenser cette perte en augmentant le réglage du régulateur. Augmenter la pression augmente les coûts. Une chute de pression supplémentaire de 0,35 bar dans une conduite peut coûter 400,00 £ par an.

Installer des indicateurs de chute de pression, pneumatiques ou électriques (Figure 17), peut indiquer immédiatement lorsqu'une chute de pression augmente. Changer les éléments à ce stade est synonyme d'économies d'énergie importantes. Il est recommandé de changer les éléments filtrants à intervalles réguliers. Cela garantira de conserver le gaspillage d'énergie au minimum et qu'une bonne qualité de l'air est fournie (Figure 16).

Un niveau adapté de qualité de l'air doit être prévu pour chaque nouvelle usine, avec une qualité des instruments en fonction de la demande des applications. Envoyer de l'air très sec de haute qualité dans toutes les zones du site est coûteux et doit être évité.

Économies potentielles Pour 2 500 heures, la puissance supplémentaire totale = 1,8 kWh x 2 500 à 0,10 £ par kWh* coût supplémentaire = 450,00 £

Coût de la solution Remplacement de l'élément filtrant =

70,00 £

une demi-heure de main-d'œuvre à 20,00 £ par heure* =

10,00 £

Total =

80,00 £

Économies 450,00 £

Frais Économies nettes 80,00 £ 370,00 £

* Remplacez ces valeurs par votre tarif d'énergie local/coût de main-d'œuvre et votre devise pour obtenir un montant réaliste pertinent pour votre marché.

Figure 17 Filtres avec une indication de la chute de pression intégrée

14

Économies d'énergie/énergie et sécurité

Énergie et sécurité Quel lien entre sécurité et énergie ?

Dans les systèmes d’air comprimé, les composants installés pour des raisons de sécurité entraînent des coûts, mais certains sont rentables grâce aux économies d’énergie qu’ils permettent. Plusieurs documents abordent la sécurité des systèmes d’air comprimé et des composants pneumatiques, incluant des normes internationales et des recommandations de meilleures pratiques par des organismes de sécurité et des organisations commerciales majeures.

Fuites Les fuites (internes ou externes) ne doivent pas représenter un danger.

Dans les systèmes où la pression de l'air est utilisée pour soutenir une charge, comme dans des applications de serrage, freinage ou presse, une fuite peut potentiellement constituer un danger.

Filtration Des indicateurs de chute de pression signalent quand changer le filtre, ce qui aide aussi à réduire les coûts d’énergie en maintenant la chute de pression à un niveau acceptable.

Dispositifs de protection contre les modifications Les appareils de contrôle du débit et de la pression ou leurs enveloppes doivent être équipés de dispositifs de protection contre les modifications non autorisées lorsque cela présente un risque. Souvent, on augmente la pression pour accélérer le processus, mais il y a d’autres facteurs dans le système qui limiteront cet effet et augmenter la pression ne fera qu’augmenter la consommation d’air. Cela peut être dangereux, comme pour les pinces pneumatiques où une pression excessive risque d’écraser les composants. Des capots inviolables, verrouillables, peuvent être installés sur les régulateurs pour garantir la sécurité des systèmes (Figure 18). De plus, des vannes d’isolement verrouillables empêchent l’activation accidentelle de l’air pendant l’entretien, assurant la sécurité.

Vannes de mise en pression à démarrage progressif Les machines doivent être conçues pour qu'au démarrage, les composants mobiles atteignent leur position de travail en toute sécurité. Il doit également exister un moyen sûr de libérer l'air contenu dans le système rapidement au besoin.

Les vannes de mise en pression à démarrage progressif combinées réunissent ces deux fonctions. Elles offrent l'avantage supplémentaire d'avoir un signal qui peut être lié à une opération de mise hors tension, qui isolera la machine quand elle n'est pas utilisée. Cela signifie qu'une fuite ou des dispositifs de purge constante ne pourront pas vider le système principal.

Usage correct des soufflettes Les soufflettes, constituées d’un simple orifice aligné avec le flexible d’alimentation, sont très dangereuses sans protection par un régulateur de pression inviolable réglé sous la pression standard de 80 psi. Bien que courantes en industrie, elles présentent un risque souvent négligé : une pression de 0,4 bar peut pénétrer la peau et, si l’air atteint le système sanguin, devenir mortelle. De nombreuses soufflettes, parfois « faites maison », fonctionnent à pleine pression de canalisation, ce qui est clairement dangereux. Un autre problème est l’énorme volume d’air gaspillé. Une bonne pratique est d’utiliser des soufflettes avec fentes latérales pour éviter la surpression si la buse est obstruée et un régulateur préréglé non modifiable (voir la Figure 19).

Si une pression réduite pose problème dans une opération, telle que le nettoyage des copeaux sur un composant, alors des soufflettes avec des buses efficaces peuvent entraîner de l’air atmosphérique pour une meilleure sécurité et une réduction de consommation d’air, rapidement rentable.

Figure 18

Figure 19

Capot protégé contre les modifications

Régulateur préréglé inviolable pour les soufflettes

Économies d'énergie/énergie et sécurité

Bs 6005 - 1997 Sécurité des cuves en polycarbonate Le polycarbonate est généralement utilisé pour les cuves dans les filtres, régulateurs de filtres et lubrificateurs, permettant une visibilité dégagée sur le contenu des cuves. Cependant, dans un environnement industriel, il doit être traité avec soin. Les normes indiquent : • A.4.1.2 « Les cuves qui lors d'une inspection visuelle présentent des signes de dommages mécaniques, fissures ou ternissage doivent être remplacées ».

• A.4.1.3 « Les cuves qui ont été contaminées par de la peinture doivent également être remplacées ; elles ne doivent pas être nettoyées ».

• A.4.1.4 « Toutes les cuves qui sont en service depuis 10 ans doivent être remplacées, même si leur état semble acceptable lors de l'inspection visuelle mentionnée en A.4.1.2 ».

Bien que changer les cuves concernées par les problèmes susmentionnés n'économise pas directement de l'énergie, cela doit être intégré à un plan d'entretien qui vérifie également l'état des éléments filtrants et des purges pour réduire les fuites et les chutes de pression.

Les filtres sont connus pour leur manque d'entretien et il est important d'être sensibilisé aux implications de sécurité en cas de négligence (Figure 20).

Isolation de l'approvisionnement d'air Pour permettre aux interventions d'avoir lieu sur le traitement de l'air, la conduite doit être isolée de l'alimentation en air et être ventilée avant toute intervention.

Un éventail de vannes sont disponibles pour aider à respecter cette exigence : • Les robinets à boisseau sphérique (Figure 21) • Les vannes d'isolement, dont les unités FRL • Les vannes de contrôle électriques • Les vannes de contrôle pneumatiques Utiliser l'une de ces vannes a l'avantage supplémentaire que toute fuite dans le système en aval ne videra pas continuellement l'alimentation en air du réseau.

15

Fusible à air L'utilisation de fusibles à air peut également avoir un effet sur la consommation d'énergie. Ce dispositif est conçu pour empêcher les flexibles pneumatiques de partir dans tous les sens et de vider l'air sous haute pression en cas de rupture d'un flexible. Le fusible réduit le débit dans l'atmosphère, pour que seule une petite quantité d'air s'échappe, par rapport au débit en cas de rupture de toute la conduite. Le risque de blessure par les flexibles est éliminé et le gaspillage d'énergie est minimisé.

Si les vannes d'isolement et les fusibles à air n'existaient pas, il faudrait purger le système, ce qui gaspillerait tout l'air comprimé, avant de pouvoir réparer la rupture du flexible.

Énergie et sécurité 18 soufflettes avec un trou de 4 mm, alimentées avec une pression de canalisation de 7 bar.

Les soufflettes doivent être réglées sur une pression plus faible à l'aide du tableau de débit par orifice : Débit dans un orifice de 4 mm à 7 bar = Débit dans un orifice de 4 mm à 2 bar = Économies potentielles du débit par soufflette =

19 l/s 7 l/s 12 l/s

Une soufflette est utilisée pendant 300 heures par an (environ 10 minutes par heure) Économies moyennes par an = 300 x 12 = 1,4 l/s 2 500 Total pour 18 soufflettes = 25 l/s

Économies potentielles 0,4 x 2 500 x 25 x 0,10 £* = 2 500,00 £

Coût de la solution 18 régulateurs préréglés = Une demi-heure* d'installation par régulateur = Total = Économies 2 500,00 £

450,00 £ 180,00 £ 630,00 £

Frais Économies nettes 630,00 £ 1 870,00 £

* Remplacez ces valeurs par votre tarif d'énergie local/coût de main-d'œuvre et votre devise pour obtenir un montant réaliste pertinent pour votre marché.

Figure 20

Figure 21

Des unités vieillissantes typiques qui fonctionnent encore sur une machine CNC

Vanne d'isolement verrouillable

16

Économies d'énergie/dimensionner un actionneur

Dimensionner un actionneur Les actionneurs sont généralement utilisés pour donner du mouvement et de la force aux applications d'automatisation industrielle.

Dimensionner un actionneur correctement pour répondre aux besoins des applications est essentiel pour s'assurer que le processus fonctionne à un niveau optimal. Des actionneurs trop grands peuvent consommer plus d'air que nécessaire, ce qui réduit l'efficacité globale du système, alors que des actionneurs trop petits peuvent ne pas fournir assez de force, ce qui entraîne des problèmes de performance.

Étapes pour un dimensionnement correct 1. Déterminer les exigences de charge : Calculez la poussée nécessaire pour déplacer la charge. Cela implique de prendre en compte le poids de la charge et toute force supplémentaire, comme la friction et la gravité.

2. Ajouter un facteur de sécurité : Réfléchissez à l'application : est-elle dynamique ou statique ?

En fonction de la nature de l'application, appliquez le facteur de sécurité approprié : un facteur de sécurité de 50 % pour une application dynamique et un facteur de sécurité de 5 % pour une application statique.

3. Prendre en compte la pression de fonctionnement : Pensez à la pression disponible pour l'application lors du choix de la taille d'alésage de l'actionneur. Les fiches techniques des produits IMI Norgren fournissent les données de poussée théorique à 6 bar. Réglez la poussée nécessaire en fonction de la pression de l'application disponible.

Souvenez-vous de prendre en compte l'environnement d'exploitation, comme la température et l'humidité, qui peuvent affecter les performances de l'actionneur. Assurez-vous que l'actionneur choisi peut fonctionner efficacement dans ces conditions.

Coût d'un actionneur trop gros Imaginons une application avec une course de 80 mm, 10 fois par minute, qui fonctionne pendant 10 heures par jour, 5 jours par semaine, pendant 50 semaines. *En présupposant que le coût de l'air est de 0,02 £/m3 à 6 bar (consommation d'air) Ø63 mm Ø80 mm Course sortante

0,218 l/cm 0,35 l/cm

Course entrante

0,195 l/cm 0,32 l/cm

Par cycle

3,30 litres

Par minute (litres/min)

33,04 litres 53,6 litres

Par minute (m3/min)

0,033 m3/min

0,053 m3/min

Par an

4 956 m3

8040 m3

Coût par an*

99,12 £

160,80 £

5,36 litres

Des actionneurs à la bonne dimension peuvent fortement réduire la consommation d'air, ce qui permet des frais d'énergie réduits. Ils améliorent également la fiabilité et la durée de vie du système, puisque les composants sont moins sujets à l'usure excessive.

Figure 22 Dimensionner un actionneur

Économies d'énergie/avantages des produits

17

Avantages des produits à économies d'énergie Dans le monde d'aujourd'hui, entre hausse des prix de l'énergie et préoccupations environnementales, nous consacrons tous nos efforts à vous aider à gérer votre consommation d'énergie de manière efficace. En plus des nombreuses bonnes pratiques détaillées dans ce guide, nous tenons à fournir des produits innovants conçus pour vous aider à réaliser ces objectifs.

Régulateurs de pression

Contrôle proportionnel

Comme ce guide le montre bien, une pression de l'air correcte est essentielle pour optimiser les performances de vos processus et pour maximiser les possibilités d'économies d'énergie.

Le contrôle proportionnel joue un rôle essentiel dans l'optimisation des processus en réglant précisément la pression et le débit pour correspondre aux besoins spécifiques de l'application.

La série Excelon® Plus d'IMI Norgren est un produit idéal dans ce cas. Le régulateur et le régulateur de filtre proposent une fonction de verrouillage qui permet d'ajouter un cadenas pour verrouiller l'unité une fois le réglage optimal défini. Les unités disposent de série d'un manomètre intégré qui indique le réglage de votre air en aval. Nous proposons également l'IEPS en option, qui peut être utilisé comme pressostat et offre également les mêmes avantages qu'un affichage numérique, ce qui permet de facilement lire le relevé de pression, avec un écran TFT basé sur les couleurs, donc le vert (dans la tolérance) ou le rouge (hors de la tolérance) peuvent être vus facilement et à distance.

Les régulateurs de pression VP50 et VP51 d'IMI Norgren sont conçus pour adapter la pression de sortie dans les systèmes aux charges fluctuantes, ce qui garantit stabilité et efficacité. De même, les vannes de débit VP60 sont idéales pour les applications qui nécessitent un contrôle de la vitesse variable, comme avec le profilage de la vitesse sur les actionneurs, ce qui permet un bon fonctionnement à différentes vitesses. En utilisant ces vannes et régulateurs avancés, vous pouvez assurer des opérations efficaces, minimiser le gaspillage d'énergie et éviter de potentiels dommages sur les composants, pour que votre système fonctionne de façon optimale dans des conditions variables.

Figure 23

Figure 24

Régulateurs de pression

VP50, VP51, VP60

Vérin à distributeur intégré (IVAC) L'IVAC d'IMI Norgren est un actionneur pneumatique économe en énergie qui est conforme à l'empreinte ISO 1552. Les fonctionnalités de l'IVAC sont une vanne intégrée, des contrôles de débit et des interrupteurs magnétiques pour un contrôle total de l'actionneur. Il peut être intégré à d'ancien comme de nouveaux systèmes et comparé à un ensemble d'actionneur et vanne pneumatiques conventionnel, il peut aider à diviser par deux la consommation d'énergie.

Figure 25

25 000 m3

109€

109€

194€

194€

311€

443€

ø [mm] du vérin

ø32

ø40

ø50

ø63

ø80

ø100

ø [mm] de l'intérieur du tube

ø6

ø6

ø8

ø8

ø10

ø12

IVAC 20 000 m

3

15 000 m3 10 000 m3 5 000 m3 0

Calculs basés sur : une pression de fonctionnement de 6 bar, un diamètre de tube recommandé selon le tableau, une longueur d'installation de 5 m entre la vanne et l'actionneur avec une disposition séparée conventionnelle de vannes et vérins, 30 cycles/min, 8 heures, 225 jours/an, coût de l'air comprimé de 0,02 EUR/m3.

18

Économies d'énergie/génération

Génération Au mieux, seuls 5 % de l'énergie d'entrée dans un compresseur d'air reste dans l'air après sa compression. Cela est dû à la chaleur rejetée par le compresseur dans ses systèmes de refroidissement.

La plupart des compresseurs sont installés dans un lieu qui contient le compresseur, le système de traitement et le système de contrôle. Chaque élément de la station du compresseur, l'installation et l'entretien ont un effet sur l'efficacité énergétique.

Taille et configuration du compresseur

Installation

La taille et la configuration du compresseur sont importantes en matière d'efficacité énergétique. En fonction de la structure de la demande, il est normal d'avoir la machine la plus grande et la plus efficace en ligne pour gérer la charge de base et avoir les autres machines qui s'ajoutent et se retirent de la ligne pour répondre aux changements de la demande. La plupart des installations modernes utilisent des compresseurs rotatifs de type à vis et à palettes lubrifiés. Lorsque de gros volumes d'air de qualité sont nécessaires, des machines à vis non lubrifiées ou centrifuges peuvent être utilisées et celles-ci sont généralement plus efficaces. (Voir la Figure 27).

Le refroidissement est très important dans tous les compresseurs.

L'air d'entrée doit être aussi frais que possible, idéalement en étant prélevé dans un emplacement ombragé extérieur. En général, une réduction de 4 °C de la température d'entrée permet une amélioration de 1 % de l'efficacité. Un contrôle simple de l'état de santé du compresseur consiste à mesurer les différences de température entre l'agent de refroidissement et l'air évacué par le postrefroidisseur. Pour les compresseurs refroidis par air, ce chiffre ne doit pas dépasser 15 °C. Pour les compresseurs refroidis par eau, il ne doit pas dépasser 10 °C. Si de plus grandes différences de température sont détectées, l'efficacité de la machine sera inférieure à celle prévue à sa conception. Les systèmes de refroidissement doivent être améliorés.

Bien qu'elles ne soient pas très populaires pour les nouvelles applications, à moins qu'elles ne soient destinées à des gaz spéciaux ou la haute pression, il existe de nombreuses machines à piston toujours en fonctionnement. Ces machines, en particulier les plus grosses, sont très efficaces et ont un excellent contrôle de la charge partielle. Les entraînements à vitesse variable deviennent de plus en plus courants, de même que les machines lubrifiées à deux étages.

Assurez-vous que toutes les conduites principales d'alimentation sont correctement conçues avec des vitesses de débit qui ne dépassent pas 6 mètres par seconde. Utilisez des tés et des coudes à long rayon pour tous les raccordements de tuyau. Utilisez des trappes électroniques de détection du niveau sur tous les points de collecte du condensat et assurez-vous que la récupération du condensat est conforme aux réglementations.

Économies d'énergie/génération

19

Récupération de chaleur

Contrôle

Utilisez la chaleur gaspillée par la compression pour le chauffage des locaux, de l'eau domestique ou de l'eau de traitement. Cela permet de plus grosses économies.

Pour répondre aux demandes variables en air, un système de contrôle est nécessaire lorsqu’on utilise plusieurs compresseurs de tailles et types différents. Ce système optimise le nombre et le choix des compresseurs pour maintenir une pression stable tout en minimisant la consommation d’énergie.

Entretien La façon dont les compresseurs sont entretenus sur le terrain a un impact important sur l'efficacité de la génération. Les machines doivent toujours être entretenues en conformité stricte avec le manuel d'instruction du fabricant. Faire fonctionner les compresseurs à vis et à palettes au-delà du cycle de vie des éléments de compression recommandé par le fabricant est une fausse économie. Généralement, cela représente 24 000 heures avec des machines lubrifiées et 40 000 heures avec des machines non lubrifiées.

Inspectez régulièrement la pression du refroidisseur intermédiaire sur un compresseur à vis et à piston à deux étages. Elle doit se situer entre 2 et 2,5 bar lorsque la pression de refoulement finale est à 7 bar. Toute déviation démontre le déséquilibre d'un étage entraînant une mauvaise efficacité. De même, vérifiez la chute de pression dans le système du séparateur d'huile. Si l'entretien de votre compresseur est effectué par une société tierce, assurez-vous de faire appel à un agent agréé par le fabricant. N'utilisez que des pièces de rechange d'origine ; les éléments qui ne font pas partie de la conception originale ou qui sont mal restaurés auront un effet important sur l'efficacité énergétique. Une petite économie apparente dans ces domaines peut engendrer une fausse économie sur le long terme.

Gros boîtier de compresseur typique avec plusieurs compresseurs

Traitement Traitez l’air uniquement selon les normes minimales nécessaires. Les sécheurs d’air réfrigérés (+3 °C de point de rosée) augmentent les coûts d’énergie de 3 %, tandis que les dessiccateurs (-40 °C) ajoutent 8 à 15 %. Pour économiser, utilisez des sécheurs à membrane ou des dessiccateurs au point d’utilisation, et intégrez des contrôles de détection du point de rosée. Maintenez les pertes de pression à 0,5 bar, dimensionnez les filtres pour le débit maximal, et entretenezles régulièrement.

Pression de fonctionnement Définissez la pression minimale requise au point d’utilisation et assurez-vous que la tuyauterie limite la chute de pression à 0,5 bar en pleine charge. Si possible, réduisez la pression de génération : une baisse de 1 bar peut économiser 7 % des coûts de génération et réduire de 12 % la demande non réglementée en passant de 8 à 7 bar.

20 Économies d'énergie

Plan d'action Mesurer la demande de débit du système Enquêter dans l'usine sur 3 domaines • boîtier du compresseur • canalisation bouclée • baies/point d'utilisation

Dans chaque domaine, se concentrer sur • Fuites • Mauvaise utilisation • Surpressurisation • Chute de pression • Problèmes de sécurité puis mesurer localement l'utilisation si possible

Après avoir identifié les domaines pour les économies évaluer le coût des mesures correctives et • calculer le rendement • mettre en œuvre • vérifier/chute de pression du débit à valider • mesurer Utilisez les chiffres du débit révisés pour modifier le système de contrôle des compresseurs au besoin.

Mettez en place un entretien préventif continu et un nouvel audit périodique (les fuites reviennent).

Économies d'énergie

21

Autres sources d'informations Publications ETSU ETSU, la filiale pour l'efficacité énergétique du département britannique de l'environnement, des transports et des régions, propose une gamme de publications gratuites concernant tous les aspects des économies d'énergie.

Pour obtenir des informations sur l'air comprimé, consultez :

Guides de bonnes pratiques • 216 Économies d'énergie dans la filtration et le séchage de l'air comprimé • 238 Récupération de chaleur dans les compresseurs d'air • 241 Économies d'énergie lors du choix, du contrôle et de l'entretien des compresseurs d'air

Études de cas sur les bonnes pratiques • Carbon Trust (UK) 0800 085 2005

Guides concernant la consommation d'énergie • ECG040 Coûts de la compression de l'air : Génération • ECG041 Coûts de la compression de l'air : Fuites • ECG042 Coûts de la compression de l'air : Traitement

Autres publications • HSG 39 Sécurité de l'air comprimé • BS 6005 1997 Spécifications pour les cuves en polycarbonate transparent moulé utilisées dans les filtres et lubrificateurs d'air comprimé

22 Économies d'énergie

Graphiques en annexe Tableau de débit par orifice Taille de l'orifice (trou)

Figure 26 LITRES/SECONDE - ANR (dm3/s)

(mm)

2 bar

4 bar

6 bar

7 bar

8 bar

0,2

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,3

0,04

0,05

0,10

0,11

0,12

0,5

0,11

0,19

0,26

0,30

0,39

1,0

0,45

0,73

1,05

1,20

1,35

1,5

1,02

1,70

2,37

2,69

3,05

2,0

1,81

3,05

4,20

4,80

5,40

3,0

4,00

6,77

9,46

10,81

12,16

4,0

7,27

12,04

16,82

19,16

21,67

5,0

11,35

18,83

26,32

30,00

33,82

6,0

16,34

27,16

37,82

43,32

48,65

8,0

29,16

48,15

67,30

76,90

86,50

10,0

43,32

75,30

105,10

120,10

135,10

15,0

102,10

169,90

236,60

269,90

304,00

Efficacités du compresseur Configuration

Piston lubrifié

Piston non lubrifié

À vis et à palettes lubrifié

À vis et à rotor denté non lubrifié

Centrifuge non lubrifié

Figure 27

Capacité en litres/seconde

Puissance spécifique Kwe/50 L/S

Efficacité à charge partielle

2–25

24

Bonne

25–250

20

Bonne

250–1 000

17

Excellente

2–25

26

Bonne

25–250

22

Bonne

250–1 000

19

Excellente

2–25

24

Mauvaise

25–250

22

Satisfaisante

250–1 000

19

Entre satisfaisante et bonne

25–250

20,5

Bonne

250–1 000

18

Bonne

1 000–2 000

18

Bonne

250–1 000

21

Bonne

1 000–2 000

18

Excellente

Supérieure à 2 000

20

Excellente

Économies d'énergie 23

Perte de charge dans les raccords de tuyau en termes de mètres équivalents pour un tuyau droit

Figure 28

8 mm

10 mm

15 mm

20 mm

25 mm

32 mm

40 mm

50 mm

Té (droit)

0,15

0,15

0,21

0,34

0,46

0,55

0,67

0,92

Té (sortie latérale)

0,76

0,76

1,01

1,28

1,62

2,14

2,47

3,18

Coude de 90°

0,43

0,43

0,52

0,64

0,79

1,07

1,25

1,59

Coude de 45°

0,15

0,15

0,24

0,3

0,38

0,49

0,58

0,73

Robinet à boisseau sphérique*

0,01

0,03

0,09

0,12

0,15

0,22

–

–

* autoéchappement – totalement ouvert

Débit maximum recommandé

Figure 29

Taille nominale standard du tuyau (diamètre nominal) – mm Pression au manomètre appliquée, bar

6

8

10

15

20

25

32

40

50

65

80

Raccordement approximatif du tuyau – pouces 1/8

1/4

3/8

1/2

3/4

1

1 1/4

1 1/2

2

2 1/2

3

0,4

0,3

0,6

1,4

2,6

4

7

15

25

45

69

120

1

0,5

1,2

2,8

4,9

7

14

28

45

80

130

230

1,6

0,8

1,7

3,8

7,1

11

20

40

60

120

185

330

2,5

1,1

2,5

5,5

10,2

15

28

57

85

170

265

470

4

1,7

3,7

8,3

15,4

23

44

89

135

260

410

725

6,3

2,5

5,7

12,6

23,4

35

65

133

200

390

620

14 085

8

3,1

7,1

15,8

29,3

44

83

168

255

490

780

14 375

10

3,9

8,8

19,5

36,2

54

102

208

315

605

965

14 695

*Débit d'air en dm3/s air libre à une pression atmosphérique standard de 1,013 mbar.

Dans un tuyau en acier de série moyenne ISO65.

Remarques générales Les valeurs de débit sont basées sur une chute de pression (ΔP) comme suit : 10 % de la pression appliquée par 30 mètres de tuyau alésage nominal de 6 – 15 mm inclus 5 % de la pression appliquée par 30 mètres de tuyau alésage nominal de 20 – 80 mm inclus

Coûts supplémentaires pour le traitement de l'air comprimé

Figure 30

Point de rosée de la pression °C

Type de sécheur

Filtration

Coût supplémentaire avec la génération

Coût initial

10 (typique)

À membrane

Avant

10 - 15 %

Faible

3

Réfrigéré

Usage général

3%

Moyen

-40

Dessiccateur sans chaleur

Avant et après

8 - 15 %

Élevé

-40

Dessiccateur avec chaleur

Avant et après

10 - 15 %

Élevé

-70

Dessiccateur sans chaleur

Avant et après

15 - 21 %

Élevé

Supérieure à 2 000

Supérieure à 2 000

Supérieure à 2 000

20

Excellente

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